弗劳恩霍夫光子微系统研究所开发出一种新型MEMS超声波换能器

日前，弗劳恩霍夫光子微系统研究所（Fraunhofer IPMS）的研究人员开发出了一种新型MEMS超声波换能器，可以在0.5米范围内高可靠地探测距离变化、运动模式和手势。这款超声波换能器基于CMOS兼容的MEMS技术，能够产生高声压并提供灵活的频率设计，以实现探测距离和灵敏度的最佳平衡，从而实现一种新型无需接触的交互方式。这款创新的超声波换能器可以将智能手机已经普及的简单手部交互动作（例如滑动、拉动或敲击等），转换为无需屏幕的非接触式人机交互。

超声波技术的主要应用

研究人员强调，在没有触摸屏或无法使用手和手指的情况下，便需要非接触式人机交互解决方案。目前，语音识别和解译系统已经越来越受欢迎。不过，这些基于语音的系统依赖于没有外部噪声干扰的安静环境，并且，有时并不适合在公共场所使用。Fraunhofer IPMS研究人员正致力于提供一种替代解决方案，以为机器人、手术区域和家庭系统的人机通讯提供距离、运动和手势的非接触式3D交互方案。

Fraunhofer IPMS开发的微芯片架构可以产生并接收高达300 kHz的超声波。通过测量超声波在传感器和反射物体之间行进的时间，或者利用多普勒效应频率漂移来分析反射的超声波。超声波的测量估算可以为0.5米范围内的亚厘米级自然运动和手势提供足够的空间分辨率。

对于这款超声波换能器中的MEMS弯曲执行器，Fraunhofer IPMS采用了专有的纳米电子驱动（nano-e-drive，NED）技术原理，利用纳米尺寸电极间隙中的高静电场力，实现微米范围内的机械运动。芯片表面以及整个组件用于产生超声波。然后，通过NED弯曲执行器的几何形状来限定共振频率，并由此确定探测范围和空间分辨率。

这种超声波非接触式运动探测技术的潜在应用包括：自动化、安防和医疗技术，以及汽车、娱乐以及家用电子产业等。Fraunhofer IPMS将在纽伦堡2019年传感器和测试测量展览会（2019 Sensor and Test Measurement Fair）上推出首款功能演示器件，展示超声波如何支持手势识别应用。